DE4232719A1 - Vibrations-Füllstand-Grenzschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Vibrations-Füllstands-Grenz­ schalter, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist in Bezug auf die Testbefehl­ übertragung z. B. aus der DE 31 27 637 C2 bekannt. Dieses Füllstands-Meßsystem besteht aus einem kapazitiven Sensor, der über eine Zweidrahtleitung mit einem entfernt angeordneten Auswertgerät verbunden ist, das zyklisch wiederkehrende Testprozeduren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der einzelnen Komponenten nutzt. Die Zuführung eines Meßwertes zum Auswertgerät erfolgt durch Umsetzung desselben in eine zugehörige Frequenz, die in Form von Impulsen über die Zwei­ drahtleitung zum Auswertgerät gesendet wird. Zur Auslösung eines Testzyklus wird die Stromversorgung des Sensors durch Öffnen eines im Auswertgerät vorhandenen, in die Zweidraht­ leitung eingeschalteten Schalters unterbrochen. Der darauf­ hin eingeleitete Test Zyklus bewirkt die sensorinterne Gene­ rierung einer Frequenz, die höher als die durch die Sensor­ kapazität bestimmte Meßfrequenz ist. Diese Frequenzen werden vom Auswertgerät erfaßt und auf Korrektheit überprüft.

Weiterhin ist aus der EP 0 433 995 A2 ein Testsystem be­ kannt, bei dem empfängerseitig ein Testsignalgenerator zur Einleitung eines Funktionstests vorhanden ist. Der Testsig­ nalgenerator ist durch einen Schalter gebildet, der die bei­ den Versorgungsleitungen zwischen Auswertgerät und Sen­ sorkomponenten kurzschließt, d. h. die Leistungsspeisung des Sensors kurzfristig unterbricht. Zur Testung werden die bei­ den Sensor-Ausgangsleitungen durch ein vorgegebenes Kon­ trollsignal beaufschlagt, das dem Auswertgerät zugeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Füllstand- Sensor zu schaffen, mit dem sich eine zuverlässige Messung sicherstellen und insbesondere ein Testzyklus in unproblema­ tischer, aussagekräftiger Weise durchführen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den wei­ teren Ansprüchen angegeben.

Um eine aussagestarke, zuverlässige Funktionstestung zu er­ zielen, ist zusätzlich zu dem den Füllstand erfassenden Schwingelement ein Referenzglied in Form eines Bandfilters vorhanden, das nach Auftreten des Testbefehls ausgewertet wird und folglich ein Referenzsignal abgibt. Das Schwingele­ ment eines Vibrations-Füllstand-Sensors, insbesondere bei Ausbildung als Gabelresonator oder Koaxialschwinger, stellt ein komplexes elektromechanisches Gebilde dar, das sich nicht in einfacher Weise durch ein einzelnes elektronisches Bauteil ersetzen läßt. Erfindungsgemäß wurde aber erkannt, daß das Schwingelement durch einen Resonator in Form eines Bandfilters in seinen Eigenschaften für Testzwecke äußerst zuverlässig nachgebildet werden kann. Das Bandfilter zeich­ net sich zudem durch äußerst geringe Baugröße und hohe Zuverlässigkeit aus. Das Bandfilter kann aktiv elektroni­ scher, mechanischer oder passiv elektrischer Art sein.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Band­ filter so ausgelegt, daß es in seiner Güte und Phasenver­ schiebung einem in bestimmter Weise mit Füllgut bedeckten Gabelresonator entspricht. Dies hat zur Folge, daß das Band­ filter bei Erregung durch den Oszillator nicht nur auf der Frequenz eines Füllgut-bedeckten Sensors schwingt, sondern auch bei Fehlern im Oszillator oder den ihn speisenden Kom­ ponenten gleichartige fehlerhafte Frequenzverschiebungen bzw. Schwingungsausfälle erzeugt, wie es auch beim nachzu­ bildenden Gabelresonator selbst der Fall wäre. Der auf diese Weise gewonnene Referenzwert durchläuft in gleicher Weise wie das Meßsignal alle nachfolgenden signalverarbeitenden Stufen und beinhaltet damit auch deren Nullpunkt- und Steil­ heitsfehler. Durch Vergleich dieses Referenzwerts mit einem beim Initialisierungsabgleich im Auswertgerät abgespeicher­ ten Vergleichsreferenzwert können alle wesentlichen bei der Schwingungssignalerzeugung, -erfassung, -auswertung und -um­ setzung beteiligten Komponenten auf Fehlerfreiheit überprüft werden.

In bevorzugter Ausgestaltung regelt der Sensor den auf der Zweidrahtleitung fließenden Strom derart, daß seine Ampli­ tude die durch den Sensor erfaßte Meßgröße, insbesondere den Füllstand, repräsentiert. Der Sensor erzwingt somit einen der Meßgröße jeweils entsprechenden analogen Leitungsstrom, so daß das Auswertgerät lediglich die Stromamplitude er­ fassen muß und hieraus in äußerst zuverlässiger, störunan­ fälliger Weise den Meßwert ermitteln kann. Diese Form der Signalübertragung ist zuverlässiger als eine herkömmliche Meßwertkodierung in Form von Impulsen, die an das Auswertge­ rät gesendet werden. Bei letzterer Methode besteht die Ge­ fahr der Meßwertverfälschung durch störgrößenbedingte Im­ pulsunterdrückung oder aber Einblendung zusätzlicher Störim­ pulse. Auch gegenüber einer Meßmethode, bei der zunächst die Stromaufnahme des Sensors ohne Meßsignal und anschließend der Stromfluß zum Sensor bei überlagertem Meßsignal gemessen wird (DE 28 37 377 C3), bestehen insoweit Vorteile, als bei der erfindungsgemäßen, sensorseitigen Leitungsstromregelung das Auswertgerät sofort und ohne Differenzbildung oder der­ gleichen den Test- oder Meßwert übernehmen und auswerten kann. Auch bleiben Störeinflüsse wie etwa Leitungswider­ standsschwankungen oder dergleichen ohne negative Auswir­ kung. Die erfindungsgemäße Leitungsstromregelung zur Meßwertübertragung ist auch unabhängig von der vorstehend diskutierten Meß- und Referenzgliedausgestaltung funktions­ fähig und einsetzbar.

Die erfindungsgemäße Leitungsstromregelung erfolgt vorzugs­ weise in schaltungstechnisch einfacher Weise durch einen sensorseitigen Stromregler, dem ein meßwertabhängiges Signal als Sollwert zugeführt wird.

Das den Füllstand angebende Oszillator-Resonanzfrequenzsig­ nal läßt sich in bevorzugter Weise durch Frequenz-Span­ nungswandlung in ein analoges Ausgangssignal umsetzen, das unmittelbar als Sollwert des Stromreglers für die Leitungs­ stromregelung dienen kann. Bei schaltungstechnisch einfachem Aufbau läßt sich somit eine direkte Nachführung der Lei­ tungs-Stromamplitude entsprechend der gemessenen Meßgröße erreichen.

Vom Sensor nicht benötigter Strom kann hierbei durch eine im Sensor vorhandene spannungsabhängige Stromsenke aufgenommen werden, so daß sich unabhängig von der Leitungsstromampli­ tude eine konstante interne Sensorversorgungsspannung er­ gibt.

Eine günstige und mit geringem Aufwand realisierbare Erfas­ sung des Testbefehls läßt sich durch eine Pegelüberwachungs­ einrichtung bewerkstelligen, die eine durch den Testbefehl- Leitungsstrom hervorgerufene Vollaussteuerung des Stromreg­ lers erfaßt. Um die Testzyklusdauer zeitlich zu definieren, ist bevorzugt eine Zeitbestimmungsstufe vorhanden, die in sehr einfacher Weise als Monoflop ausgestaltet sein kann. Zur Unterdrückung der Auswirkungen eventueller Störimpulse, die eine solche Vollaussteuerung des Stromreglers bewirken oder simulieren, ist bevorzugt ein Zeitverzögerungsglied vorhanden, das eine Testzykluseinleitung dann freigibt, wenn der Stromregler für eine bestimmte Zeitdauer kontinuierlich voll ausgesteuert wurde.

Der Aufbau läßt sich noch dahingehend modifizieren, daß über eine Konstantspannungsquelle eine Konstantspannung an den Stromregler als Sollwert angelegt wird, während ein be­ stimmter Abschnitt des Testzyklus durchgeführt wird. Hier­ durch wird bei korrekter Funktionsweise ein definierter Lei­ tungsstrom erzwungen, dessen Größe mit einem gespeicherten Vergleichsreferenzwert verglichen werden kann.

Um die bei einer Testbefehlsübertragung auftretende Strom­ limitierung auf einen bestimmten, vorzugsweise niedrigen Wert zu erreichen, weist das Auswertgerät vorzugsweise eine Konstantstromquelle auf, die während des Testbefehls zur Sensorspeisung eingesetzt wird und die den Testbefehls-Strom erzeugt.

Zur zuverlässigen Erfassung des Sensorstroms ist im Auswert­ gerät vorzugsweise ein Stromfühlwiderstand vorgesehen, über den der gesamte Sensorstrom geführt wird, so daß am Strom­ fühlwiderstand ein stromproportionaler Spannungswert auf­ tritt, der leicht weiterverarbeitet werden kann.

Mit vorliegender Erfindung läßt sich zudem ein Testzyklus in unproblematischer, definierter Weise einleiten und durch­ führen, ohne daß der Sensor mit einer eigenen Spannungsver­ sorgung ausgestattet sein muß.

Die beiden eingangs genannten Maßnahmen zur Bildung des Testbefehls (kurzzeitige Leitungsunterbrechung bzw. -kurz­ schließung) haben nämlich den Nachteil, daß die Sensorelek­ tronik während des Zeitraums der Erzeugung des Testbefehls nicht mehr vom Auswertgerät gespeist wird, so daß derartige Sensoren einen mittels Diode von der Zweidrahtleitung abge­ koppelten Pufferkondensator benötigen, der die Spannungs­ unterbrechung überbrückt. Die hierfür unabdingbaren Elektro­ lytkondensatoren besitzen aber nur mangelhafte Lebensdauer (insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen), erhebliche Baugröße und sind zudem in eigensicheren Ex-Stromkreisen problematisch (solche Kondensatoren müßten unter Verguß in­ selartig angeordnet sein, wobei der Zugriff über hochohmige Strombegrenzungswiderstände zu erfolgen hätte). Des weiteren ist die elektromagnetische Störfestigkeit dieser Übertra­ gungsmethoden eingeschränkt, da aus Gründen der benötigten Speicherkapazität nur relativ kurze Spannungsunterbrechungs­ zeiten gewählt werden können. Wenn der Initialbefehl vom Auswertgerät an den Sensor in Form einer Spannungsabschal­ tung mit nur sehr schmaler Impulsbreite erfolgt, können be­ reits schmale Störimpulse durch kapazitive oder induktive Einstreuungen den Initialbefehl maskieren bzw. imitieren.

Solche schmalen Störimpulse sind in industrieller Umgebung im Störspektrum besonders häufig vertreten. Im Fall von zeitlich ausgedehnteren Befehlsmustern können die Störim­ pulse zwar ausgemittelt werden, jedoch wird dann eine ent­ sprechend stärker dimensionierte Hilfsspannungsquelle im Sensor benötigt.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann der Testbefehl demgegenüber durch Begrenzung des dem Sensor zugeführten Stroms auf einen oberhalb dessen Eigenstromverbrauch, aber außerhalb des normalen Meßstrombereichs liegenden Wert ge­ bildet werden. Somit bleibt auch bei der Einleitung des Testzyklus ausreichende Stromspeisung des Sensors sicherge­ stellt, so daß dieser keine eigene Strom- oder Span­ nungsquelle (zusätzlich zur Stromspeisung durch das Auswert­ gerät) benötigt. Diese vom Sensor oder vorzugsweise vom Auswertgerät erzwungene Strompegelbegrenzung auf einen außerhalb, vorzugsweise unterhalb des üblichen Arbeitsbe­ reichs liegenden Wert kann vom System in sehr einfacher Weise erfaßt werden, beispielsweise über einen Strompegel­ detektor, und als Folge hiervon der Testzyklus eingeleitet werden. Alternativ kann auch der Sensor den Strompegel periodisch auf einen oberhalb des höchsten Meßstroms liegen­ den Wert anheben und hierdurch dem Auswertgerät die Ein­ leitung des Testzyklus signalisieren. Diese Testbe­ fehlgestaltung kann auch unabhängig von den in den übrigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen vorgesehen sein.

In bevorzugter Weise wird nach der Zuführung des Testbefehls vom Sensor ein innerhalb des normalen Meßbereichs liegendes Referenzsignal vorbestimmter Größe abgegeben. Dieses Re­ ferenzsignal liegt über die Zweidrahtleitung auch am Aus­ wertgerät an und kann von diesem auf korrekte Höhe überprüft werden. Damit Leitungswiderstände, die z. B. aufgrund variie­ render Leitungslänge unterschiedliches Ausmaß haben können, die Signalamplitude nicht beeinflussen, wird das Referenzsi­ gnal als eingeprägter Strom auf der Leitung übertragen.

Eine noch weiterreichende Verfeinerung und Verbesserung der Überprüfung der korrekten Funktionsfähigkeit des Systems läßt sich dadurch erreichen, daß der Sensor nach dem Testbe­ fehl ein weiteres Signal abgibt, dessen Größe, insbesondere Stromamplitude, oberhalb der üblichen Meßbereichs-Signale liegt. Folglich kann der Gesamtbereich der vom Sensor wäh­ rend eines normalen Meßzyklus abgebbaren Signalamplituden durch jenseits der zulässigen Grenzen liegende Testsignale sowie ein innerhalb des Meßbereichs liegendes Testsignal insgesamt überprüft werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer ein Aus­ führungsbeispiel des Füllstand-Sensors enthaltenden Anord­ nung zur Funktionsüberwachung und -auswertung bei Füll­ standsdetektoren,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Füllstandsensors,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Auswertgeräts, das mit dem in Fig. 2 dargestellten Sensor verbunden ist, und

Fig. 4 ein Impulsdiagramm, das den zeitlichen und am­ plitudenmäßigen Verlauf der auf der Zweidrahtleitung zwi­ schen Sensor und Auswertgerät fließenden Ströme zeigt.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfin­ dungsgemäßen Anordnung gezeigt, die ein Auswertgerät 1 um­ faßt, das über eine Zweidrahtleitung 2 mit einem Sensor 3 verbunden ist. Der Sensor 3 dient zur Füllstandsmessung und empfängt einen Eingangsparameter P, der den Füllstand z. B. in Form der Füllgutdichte darstellt. Der Sensor 3 ist als Schwingelement, und zwar hier speziell als Gabelresonator ausgebildet.

Die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Anordnung ist wie folgt:

Die Meßwerte werden vom Sensor 3 zum Auswertgerät 1 in Form eines Zweileitersignals übertragen. Hierbei wird die Ein­ leitung eines Meßzyklus durch das Auswertgerät 1 gesteuert und dadurch realisiert, daß der Stromfluß auf der Leitung 2 zwischen dem Sensor 3 und dem Auswertgerät 1 kurzzeitig auf einen Wert von 4 mA, der unterhalb des im normalen Meßbe­ reich auftretenden Stroms liegt, begrenzt wird. Diese Stromabsenkung wird von der Elektronik im Sensor 3 erkannt und löst eine Folge interner Prüfungen aus, die so ausgelegt sind, daß alle auftretenden Fehler im Sensor, und zwar sowohl mechanische als auch elektrische Fehler, erkannt wer­ den können. Dies wird im folgenden noch näher unter Bezug­ nahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben. Das Stromsignal auf der Leitung 2 hat dabei den in Fig. 4 dargestellten Ver­ lauf.

In der Phase I wird der Strom kurzzeitig für 50 ms auf einen Wert von 4 mA begrenzt, wodurch der Meßzyklus gestartet wird. In der Phase II wird für die Dauer von ca. 200 ms ein Referenzstromwert übertragen, dessen Größe innerhalb des auch bei einer normalen Messung möglichen Strombereiches von 5 bis 20 mA liegt, und z. B. 15 mA beträgt. Anschließend wird in der Phase III für eine Dauer von ca. 100 ms ein Synchroni­ sationsimpuls übertragen, dessen Größe oberhalb der bei ei­ ner normalen Messung auftretenden Stromamplituden liegt und beispielsweise 25 mA beträgt. In der anschließenden Phase IV wird dann der aktuelle Meßwert übertragen. Die Gesamtdauer der Phasen I bis IV beträgt z. B. 1 s, kann aber auch kürzer oder länger gewählt werden.

Bei Auftreten von Fehlern verändert sich dieser Signalver­ lauf hinsichtlich der Amplituden- und Zeitwerte. Durch einen Vergleich mit abgespeicherten Kennwerten im Auswertgerät 3 wird diese Veränderung festgestellt und ggf. Sicherheitsmaß­ nahmen eingeleitet.

Die Testfunktion wird kontinuierlich wiederholt, wobei die Wiederholfrequenz dem Reziprokwert der Gesamtdauer der Pha­ sen I bis IV entspricht (Dauerüberwachung). Die Gesamtdauer eines solchen Zyklus der Phasen I bis IV kann, wie in Fig. 4 angegeben, eine Sekunde betragen, jedoch auch andere Werte annehmen.

In den Fig. 2 und 3 ist das komplette Meßsystem in größeren schaltungstechnischen Einzelheiten dargestellt. Der Sensor 3 ist dabei in Fig. 2 gezeigt, während das Auswertgerät 1 in Fig. 3 dargestellt ist. Der Sensor 3 wird vom Auswertgerät 1 über die gestrichelt angedeutete Zweidrahtleitung mit Strom gespeist, die sensorseitig mit Anschlüssen 12 und 14 und auswertgerätseitig mit Anschlüssen 26 und 27 verbunden ist.

Der Sensor weist einen Gabelresonator (Schwinggabel) 22 auf, der im normalen Meßbetrieb über einen Oszillator 17 rück­ gekoppelt ist und auf seiner mechanischen Resonanzfrequenz schwingt. Diese verringert sich mit zunehmender Bedeckung der Schwinggabel mit Füllgut, da sich die schwingungsfähige Masse aufgrund der mitbewegten Flüssigkeitsanteile erhöht. Damit stellt die Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals, die über eine Leitung 23 als Erregerspannung an den Gabel­ resonator 22 angelegt wird, ein direktes Maß für den zu be­ stimmenden Füllstand dar und wird an einen Impulsformer 18 angelegt, der die analoge Ausgangsspannung in ein amplitu­ denstabiles, steilflankiges Rechtecksignal umwandelt. Dieses Rechtecksignal wird dem Eingang eines Frequenz-Spannungswan­ dlers 19 zugeführt und durch diesen in eine Analogspannung umgewandelt, die proportional zur Periodendauer des Oszilla­ tor-Ausgangssignals ist. Das Ausgangssignal des Frequenz- Spannungswandlers 19 wird über einen Schalter 25 an den Sollwert-Eingang eines Stromreglers 10 angelegt und bildet somit dessen Sollwert-Eingangsgröße. Der Istwert-Eingang des Stromreglers 10 ist mit dem Anschluß 14 und zugleich mit ei­ nem Anschluß eines Stromfühlwiderstands 13 verbunden, dessen anderer Anschluß auf Masse liegt. Da der Sensor keine unab­ hängige Eigenstromversorgung besitzt, fließt der gesamte, vom Sensor über den Anschluß 12 auf genommene Strom über den Stromfühlwiderstand 13 zum Anschluß 14 und über diesen wei­ ter zum Auswertgerät 1 zurück, so daß die am Verbindungs­ punkt zwischen dem Stromfühlwiderstand 13 an dem Anschluß 14 auftretende Spannung direkt proportional zum gesamten, vom Sensor aufgenommenen Strom ist.

Der Stromregler 10 steuert über seinen Ausgang eine mit dem Anschluß 12 verbundene steuerbare Stromquelle 11 des Sensors derart, daß die am Stromfühlwiderstand 13 gemessene Gesamt­ stromaufnahme des Sensors 3 der Ausgangsspannung des Fre­ quenz-Spannungswandlers 19 proportional ist. Die steuerbare Stromquelle 11 liegt in Reihe mit einer Spannungs-Stabi­ lisierungsstufe 6, die eine spannungsabhängige Stromsenke darstellt und mit ihrem anderen Anschluß mit Sensor-Massepo­ tential verbunden ist. Die Stabilisierungsstufe 6 regelt die an parallel zu ihr liegenden Anschlüssen 4, 5 auftretende, als interne Betriebsspannung dienende Spannung auf einen konstanten Wert und leitet den übrigen, von der Sensorschal­ tung nicht benötigten Strom der Stromquelle 11 gegen Masse ab. Damit ergibt sich zwischen den Klemmen 12 und 14 des Sensors 3 ein Stromfluß, der proportional zur Schwingperio­ dendauer ist.

Die Stromspeisung des Sensors 3 erfolgt seitens des Auswert­ geräts 1 aus einer Spannungsquelle 30, die über einen wäh­ rend des normalen Meßbetriebs geschlossenen Schalter 29 di­ rekt mit dem Anschluß 26 verbunden ist und somit eine kon­ stante Spannung an diesen anlegt. Der über den Anschluß 14 zurückfließende Sensorstrom fließt über einen Strom­ fühlwiderstand 31 des Auswertgeräts 1 zur Spannungsquelle 30 zurück, wobei die am Verbindungspunkt zwischen dem Anschluß 27 und dem Stromfühlwiderstand 31 auftretende Spannung di­ rekt proportional zum Sensorstrom ist. Die am Stromfühlwi­ derstand 31 auftretende Spannung wird durch einen Ana­ log/Digital-Wandler 32 digitalisiert und in digitaler Form an ein Prozessorsystem 33 angelegt, das Mikroprozessoren und die weiteren zugehörigen Komponenten enthält. Das Prozessor­ system 33 verarbeitet den zugeführten digitalisierten Span­ nungswert weiter und erzeugt aufgrund seiner internen Schalttriggercharakteristik aus dem Meßwert ein binäres Füllstandsignal, das über ein Relais 35 an einem Ausgang 36 ausgegeben wird. Das Prozessorsystem 33 steuert weiterhin den Schaltzustand des Schalters 29 sowie eine Anzeige- und Bedienelemente enthaltende Einheit 34 und erfaßt auch Betä­ tigungen dieser Elemente. Weiterhin steuert das Prozessorsy­ stem über ein Relais 37 einen Ausgang 38 für die Abgabe ei­ ner Störmeldung.

Zum Test des Sensors auf dessen korrekte Funktion wird er­ findungsgemäß auf dessen elektrischen Eingang eine Re­ ferenzgröße geschaltet, die in ihrer Auswirkung den gesamten nachfolgenden signalverarbeitenden Aufbau in eindeutiger Weise beeinflußt und daher eine Information über die Fehler­ freiheit der füllstanddetektionsrelevanten Sensorkomponenten liefert, wie im folgenden noch näher erläutert wird. Hierbei ist zugleich sichergestellt, daß die übrigen, nicht an der Referenzmessung beteiligten, insbesondere die mechanischen Sensorkomponenten so aufgebaut sind, daß sie entweder von vornherein als ausfallsicher angesehen werden können oder ein Fehlverhalten derselben in anderer Weise detektiert wird. Der Testzyklus wird vom Auswertgerät 1 periodisch durch Zuführung eines Testbefehls zum Sensor 3 (über die Zweidrahtleitung 2) ausgelöst. Hierbei arbeitet das erfin­ dungsgemäße System mit einer stromkodierten Übertragung des Testzyklusbefehls, indem als Testbefehl ein Stromwert an den Sensor 3 abgegeben wird, dessen Amplitude oberhalb des maxi­ malen Eigenstrombedarfs des Sensors, aber unterhalb des niedrigsten Meßstroms bei normaler Messung liegt. Hierdurch ist die permanente Speisung des Sensors auch bei Zuführung des Testbefehls gewährleistet.

Alternativ kann der Testbefehl auch durch einen im Sensor eingebauten Stromgenerator erzeugt werden, der zur Ein­ leitung der Test-, Referenz- und Meßphase der Zwei­ drahtleitung 2 einen periodisch wiederholten Strom von mehr als 20 mA aufprägt.

Zur Übertragung des Testbefehls öffnet das Prozessorsystem 33 den Schalter 29, so daß die direkte Verbindung der Span­ nungsquelle 30 mit dem Anschluß 26 aufgehoben ist. Die Stromspeisung des Sensor erfolgt somit nunmehr über eine zwischen den Anschluß 26 und die Spannungsquelle 30 geschal­ tete Konstantstromquelle 28, welche den Sensor mit einem Stromwert speist, der oberhalb des maximalen Sensor-Eigen­ stromverbrauchs, jedoch unterhalb des tiefsten zu übertra­ genden Meßwertstroms liegt. Diese Strombegrenzung hat zur Folge, daß der Sensor nicht mehr imstande ist, auf der Zwei­ drahtleitung 2 mit Hilfe der steuerbaren Stromquelle 11 und der Stabilisierungsstufe 6 einen Stromwert aufzubringen, der dem vom Frequenz-Spannungswandler 19 gelieferten Span­ nungswert proportional ist. Da der Stromregler 10 aber gleichwohl versucht, diese Proportionalität aufrecht zu er­ halten, gelangt sein Ausgangssignal in die Begrenzung, da er versucht, die steuerbare Stromquelle 11 voll auszusteuern. Dieser im normalen Reglerbetrieb nie vorkommende Regler-Aus­ gangsspannungswert wird von einer mit dem Stromreglerausgang verbundenen Pegelüberwachungsstufe 9 erfaßt, die bei Auftre­ ten solcher Begrenzungs-Reglerausgangsspannungen ein positi­ ves Ausgangssignal an eine Zeitverzögerungsstufe 8 abgibt. Die Zeitverzögerungsstufe 6 dient zur Ausfilterung EMV-be­ dingter Störimpulse und gibt erst nach Ablauf einer Mindest­ zeit des kontinuierlichen Auftretens des positiven Ausgangs­ signals der Pegelüberwachungsstufe 9 einen Triggerimpuls an ein nachgeschaltetes Monoflop 7 ab. Das Monoflop 7 aktiviert während seiner Monoschwingung vorbestimmter Dauer die Refe­ renzmessung. Das Ausgangssignal des Monoflops 7 wird über eine Leitung 15 an einen Schalter 20 angelegt, der nor­ malerweise, d. h. bei ungetriggertem Monoflop 7, den Oszilla­ tor 17 mit der Schwinggabel 22 verbindet, so daß diese Kom­ ponenten im Resonanzkreis liegen.

Bei aktiviertem Monoflop 7 wird der Schalter 20 jedoch zu einem parallel zur Schwinggabel 22 liegenden Bandfilter 21 umgeschaltet, so daß dieses nun über die Leitung 23 im Reso­ nanzkreis mit dem Oszillator 17 liegt. Das Bandfilter 21 ist als aktives elektronisches Bandfilter ausgestaltet, kann aber auch mechanischer oder passiv elektrischer Art sein. Das Bandfilter 21 ist so ausgelegt, daß es in seiner Güte und Phasenverschiebung einem in bestimmter Weise mit Füllgut bedeckten Gabelresonator 22 entspricht. Das Ausgangssignal des Oszillators 17 hat somit bei Verbindung mit dem Bandfil­ ter 21 im Normalfall eine definierte Frequenz, die der eines in bestimmter Weise mit Füllgut bedeckten Sensors ent­ spricht.

Bei Fehlern im Oszillator 17 oder der ihn speisenden Kompo­ nenten treten daher gleichartige fehlerhafte Frequenzver­ schiebungen oder Schwingungsausfälle auf. Der bei Verbindung des Oszillators 17 mit dem Bandfilter 21 gewonnene Referenz­ wert durchläuft in gleicher Weise wie ansonsten das Meßsig­ nal die nachfolgenden signalverarbeitenden Stufen 18, 19, 25, 10, 11 und 13 (Fig. 2) sowie 29 bis 32 (Fig. 3) und be­ inhaltet damit zusätzlich auch deren Nullpunkt- und Steil­ heitsfehler, so daß alle diese Komponenten überprüfbar sind.

Während der Verbindung des Bandfilters 21 mit dem Oszillator 17 ist der lediglich während der Übertragung des Testbefehls (Phase I in Fig. 6) geöffnete Schalter 29 wieder geschlos­ sen, so daß die Stromregelung wieder aktiviert ist.

Das Prozessorsystem 33 vergleicht den in der Phase II des Testzyklus, d. h. den während der Verbindung des Bandfilters 21 mit dem Oszillator 17 auftretenden Referenzwert mit einem beim Initialisierungsabgleich des Meßsystems abgespeicherten Vergleichsreferenzwert. Bei korrekter Schaltungsfunktion stimmen diese Werte überein, so daß keine Fehlermeldung ab­ gegeben wird. Bei Abweichungen des Referenzwerts vom Ver­ gleichsreferenzwert aktiviert demgegenüber das Prozessor­ system 33 über das Relais 37 den Ausgang 38, so daß eine Störmeldung abgegeben wird. Zugleich wird der Füllstand-Aus­ gang 36 stromlos geschaltet.

Nach Ablauf der Schwingungsdauer des Monoflops 7, die der Dauer der Phase II (Fig. 6) entspricht und eine Zeitdauer von 200 ms haben kann, schaltet dieses aufgrund seines Aus­ gangssignalpegelwechsels den Schalter 20 wieder in die vor­ herige Stellung zurück, so daß nun erneut der Oszillator 17 mit dem Gabelresonator 22 verbunden ist. Durch das Zurück­ kippen des Monoflops 7 wird auch ein weiteres, mit der Lei­ tung 15 verbundenes und den Schaltzustand des Schalters 25 steuerndes abfallgetriggertes Monoflop 16 getriggert, so daß dieses für eine der Phase III (Fig. 6) entsprechende Zeit­ dauer ein Ausgangssignal positiven Pegels abgibt, das den Schalter 25 so umschaltet, daß der Sollwert-Eingang des Stromreglers 10 nun mit einer Stufe 24 verbunden wird. Die Stufe 24 erzeugt eine konstante Spannung, die als Synchroni­ sationsimpuls dient und in ihrem Wert höher ist als der höchste Meßwert. Dieser während der Phase III angelegte Syn­ chronisationsimpuls dient dem Auswertgerät 1 zur Unterschei­ dung zwischen dem Referenzwert während der Phase II und dem Meßwert (Phase IV) und bewirkt zudem eine Überprüfung der Stromtragfähigkeit der Zweidrahtleitung 2 sowie der Aus­ steuerbarkeit der verschiedenen zwischengeschalteten Stufen.

Mit dem Zurückkippen des Monoflops 16 ist die Phase III und damit der Testzyklus beendet und es wird in der nachfolgen­ den Phase IV der Meßwert übertragen.

Durch diese Überprüfung lassen sich durch defekte Bauteile hervorgerufene unzulässige Abweichungen von den korrekten Werten erfassen und entsprechende Störmeldungen abgeben. Weiterhin gibt das Prozessorsystem 33 auch dann eine Stör­ meldung ab, wenn der Meßwert über eine obere Toleranzgrenze ansteigt oder aber aufgrund von Korrosionserscheinungen oder eines Bruchs des Gabelresonators unter den Wert beim Initia­ lisierungsabgleich sinkt.

Claims (15)

1. Füllstand-Grenzschalter, der ein Meßglied zur Füllstan­ derfassung aufweist und über eine Leitung, insbesondere eine Zweidrahtleitung, mit einem entfernt angeordneten Auswert­ gerät verbunden ist, das den Grenzschalter über die Leitung mit Leistung versorgt, wobei vom Grenzschalter oder dem Aus­ wertgerät in regelmäßigen Abständen ein Testbefehl zur Ein­ leitung eines Testzyklus für die Überprüfung der korrekten Funktionsweise des Grenzschalters erzeugt wird, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Meßglied (22) als mechanischer Resona­ tor, insbesondere in Form eines Gabelresonators, ausgebildet ist, das durch einen Oszillator (17) mit seiner me­ chanischen, füllstandsabhängigen Resonanzfrequenz ange­ steuert wird, und daß das Referenzglied (21) durch ein Band­ filter gebildet ist, das während des Testzyklus mit dem Os­ zillatoreingang verbunden ist.

2. Füllstand-Grenzschalter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bandfilter so dimensioniert ist, daß es in seinen physikalischen Eigenschaften einem füllgutbe­ deckten Gabelresonator entspricht.

3. Füllstand-Grenzschalter insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschalter (3) den auf der Zweidrahtleitung (2) fließenden Strom derart re­ gelt, daß seine Amplitude den durch den Grenzschalter er­ faßten Füllstand repräsentiert.

4. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschalter (3) einen Stromregler (10) umfaßt, an den ein Wert, der den auf der Zweidrahtleitung (2) fließenden Strom repräsentiert, als Istwert und ein den gemessenen Füllstand repräsentierender Wert als Sollwert angelegt sind und der den auf der Zwei­ drahtleitung fließenden Strom regelt.

5. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oszillator (17) ein Frequenz-Spannungswandler (19) nachgeschaltet ist, der das Oszillator-Ausgangssignal in ein der Oszillatorfrequenz entsprechendes analoges Ausgangssignal umsetzt.

6. Füllstand-Grenzschalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das analoge Ausgangssignal des Frequenz- Spannungswandlers (19) dem den Strom auf der Zweidraht­ leitung regelnden Stromregler (10) als Sollwert zugeführt wird.

7. Füllstand-Grenzschalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine den in der Zweidrahtleitung (2) fließenden Strom steuernde, durch den Stromregler (10) gesteuerte Stromquelle (11) vorhanden ist, die mit einer Stromsenke (6) zusammenwirkt, die den vom Grenzschalter (3) nicht benötigten Strom aufnimmt.

8. Füllstand-Grenzschalter nach Anspruch 5, 6 oder 7, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Stromregler (10) eine Pegelüberwachungseinrichtung (9) nachgeschaltet ist, die bei einer durch den während des Testbefehls fließenden be­ grenzten Strom hervorgerufenen Vollaussteuerung des Stromreglers (10) anspricht und eine vorzugsweise als Monoflop ausgebildete Zeitbestimmungsstufe (7) aktiviert.

9. Füllstand-Grenzschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Pegelüberwachungseinrich­ tung (9) und die Zeitbestimmungsstufe (7) ein Zeitverzögerungsglied (8) geschaltet ist, das die Aktivie­ rung der Zeitbestimmungsstufe (7) nur nach einer vorbestimm­ ten Zeitdauer der kontinuierlichen Vollaussteuerung des Stromreglers (10) freigibt.

10. Füllstand-Grenzschalter nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Konstantspannungsquelle (24) vorgesehen ist, über die während eines Zeitabschnitts des Testzyklus eine konstante Spannung an den Stromregler (10) als Sollwert anlegbar ist.

11. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswertgerät eine Konstantstromquelle (28) aufweist, die den Grenzschalter (3) während des Testbefehls speist.

12. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromfühlwider­ stand (13, 31) vorhanden ist, über den der gesamte durch den Grenzschalter fließende Strom fließt.

13. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Testbefehl durch Festlegung des auf der Leitung (2) fließenden Stroms auf einen Wert gebildet ist, der oberhalb des Eigenstrom­ verbrauchs des Grenzschalters (3) und außerhalb des Bereichs der bei Durchführung einer normalen Füllstandsmessung auftretenden Meßströme liegt.

14. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Testbefehl vom Grenzschalter (3) ein Signal mit vorbestimmter Größe, ins­ besondere vorbestimmter Stromamplitude, abgegeben wird, dessen Größe innerhalb des bei einer normalen Messung zulässigerweise auftretenden Amplitudenbereichs liegt.

15. Füllstand-Grenzschalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzschalter (3) nach dem Testbefehl ein Signal abgibt, dessen Größe, insbe­ sondere Stromamplitude, oberhalb des bei einer normalen Mes­ sung zulässigerweise auftretenden Meßbereichs liegt.